近來，醉駕入刑鬧得風(fēng)風(fēng)火火，說明人們對(duì)道路安全非常重視。如果在高速公路上發(fā)生事故所產(chǎn)生的后果一邊比較嚴(yán)重，如果能在時(shí)間知道發(fā)生事故對(duì)事故所造成的傷害將減少很多。而且很多犯罪分子都要通過高速路逃竄，對(duì)高速路的管理能有效打擊犯罪。本文將介紹的是在高速公路上的安防中的比較重要的一部分——視頻監(jiān)控。而且是在光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)下視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

    高速公路項(xiàng)目中對(duì)視頻信號(hào)傳輸?shù)囊笥幸韵绿攸c(diǎn)：

　　1、容量大：在一個(gè)監(jiān)控分中心通常有幾十路甚至上百路視頻信號(hào)。

　　2、圖像質(zhì)量要求高：圖像要求達(dá)到480線，加權(quán)信噪比S/N要求不小于57dB;PAL制圖像要求達(dá)到25幀、NTSC制圖像要求達(dá)到30幀。

　　3、需要多級(jí)控制：目前高速公路項(xiàng)目中對(duì)視頻信號(hào)的監(jiān)控和管理自下而上可分為以下站級(jí)、路段中心、片區(qū)中心、省中心四級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。

　?。?）站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)：各收費(fèi)站需要對(duì)本地的視頻信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控。

　?。?）路段中心監(jiān)控：一條高速公路通常設(shè)置1個(gè)路段分中心，對(duì)某一路段進(jìn)行監(jiān)控和管理。

　?。?）片區(qū)中心監(jiān)控系統(tǒng)：多條高速公路的統(tǒng)一管理通常根據(jù)地域劃分為若干個(gè)片區(qū)來進(jìn)行。

　?。?）省中心監(jiān)控系統(tǒng)：各省高速公路管理局需要對(duì)省內(nèi)所有的高速公路進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控、管理和調(diào)度。

　　點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻光端機(jī)

　　點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻光端機(jī)是目前使用較為普遍的視頻傳輸設(shè)備，主要可分為模擬光端機(jī)和數(shù)字光端機(jī)這兩種。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻光端機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：

　　1、使用簡(jiǎn)單靈活，視頻質(zhì)量高，實(shí)時(shí)性好。

　　2、除了可以傳輸多路視頻信號(hào)外，還可以傳輸音頻信號(hào)、異步數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)等多種信號(hào)。

　　缺點(diǎn)：

　　1、無法組網(wǎng)，不具備保護(hù)功能，系統(tǒng)可維護(hù)性差。

　　2、無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。過遠(yuǎn)會(huì)造成信號(hào)的急劇衰減。

　　模擬光端機(jī)

　　模擬光端機(jī)上光頭發(fā)射的光信號(hào)是模擬光調(diào)制信號(hào)，它隨輸入的模擬載波信號(hào)的幅度、頻率、相位變化引起光信號(hào)幅度、頻率、相位變化而分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相光端機(jī)。

　　數(shù)字光端機(jī)

　　數(shù)字光端機(jī)上光頭發(fā)射的光信號(hào)是數(shù)字信號(hào)即0或1對(duì)應(yīng)光信號(hào)強(qiáng)、弱兩種狀態(tài)，不同的0和1組合代表不同幅度的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)。

　　模擬光端機(jī)與數(shù)字光端機(jī)的性能對(duì)比

　　1、模擬信號(hào)傳輸輸入和輸出處理方式不一樣，引起的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)信號(hào)失真、變畸變、干擾不同。

　　模擬光端機(jī)由于要進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相，所以模擬信號(hào)的幅度的變化與載波信號(hào)因調(diào)制而引起的幅度、頻率、相位的變化是否為一一對(duì)應(yīng)的線形關(guān)系，成為擬光端機(jī)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。同時(shí)調(diào)制好的載波信號(hào)信號(hào)還要調(diào)制光信號(hào)，光信號(hào)的非線性也是一個(gè)非常重要的因素。我們知道光器件的非線性與環(huán)境溫度變化、工作電壓的穩(wěn)定性、光發(fā)射功率有很大的影響，因此光器件在生產(chǎn)時(shí)需進(jìn)行7-10天的熱循環(huán)老化等等工藝篩選、老化、測(cè)試也只能以將這種變換控制在一定的范圍；光信號(hào)在光纖中長(zhǎng)距離傳輸，會(huì)引起光信號(hào)的功率衰減，傳輸頻率漂移、相位失真，光信號(hào)色散效應(yīng)同樣也會(huì)引起光信號(hào)畸變；光信號(hào)到達(dá)接收端，接收光器件仍然要引起非線性失真，由光電轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)進(jìn)入解調(diào)，解調(diào)與調(diào)制一樣會(huì)產(chǎn)生非線性畸變。

　　而數(shù)字式光端機(jī)僅只有模數(shù)轉(zhuǎn)換的量化誤差，不足以引起信號(hào)畸變。

　　2、多路信號(hào)同傳引起的交調(diào)失真。

　　在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控應(yīng)用中，用戶可能有許多各種信號(hào)，如視頻圖像、音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、電話或其它用戶自定義的信號(hào)，為了提高光纖的利用效率，降低成本，必須將各種信號(hào)在光端機(jī)進(jìn)行復(fù)用，以便在一對(duì)或一根光纖上傳輸。所以目前市場(chǎng)上不乏很多著名國(guó)外品牌的調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相光端機(jī)多路視頻、音頻、數(shù)據(jù)同傳時(shí)出現(xiàn)相互干擾的現(xiàn)象，這些不穩(wěn)定的現(xiàn)象都是模擬調(diào)制技術(shù)長(zhǎng)期以來一直所固有的缺點(diǎn)。

　　數(shù)字光端機(jī)傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)可以進(jìn)行大容量復(fù)用，所以不會(huì)出現(xiàn)相互干擾。

　　3、穩(wěn)定性不同

　　模擬調(diào)制光端機(jī)由于采取載波調(diào)制方式，載波及光頭很容易受環(huán)境溫度影響。出現(xiàn)傳輸質(zhì)量隨環(huán)境變化而變化的缺點(diǎn)。同時(shí)模擬光端機(jī)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用后，隨著元件的老化和環(huán)境的變化，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)視頻質(zhì)量明顯下降的現(xiàn)象。正因?yàn)檫@種缺點(diǎn)，對(duì)一些大型、重要工程來講，模擬光端機(jī)的維護(hù)成了很令人頭疼的問題。

　　節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)是一種新型的光纖傳輸系統(tǒng)，通常使用2芯光纖將各節(jié)點(diǎn)連接形成環(huán)網(wǎng)、鏈網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，視頻和數(shù)據(jù)可以在任意節(jié)點(diǎn)上下。節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)根據(jù)信號(hào)調(diào)制方式的不同分為模擬傳輸方式和數(shù)字傳輸方式。

　　模擬傳輸方式

　　節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)如采用模擬方式調(diào)制信號(hào)，與模擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)同樣存在頻間串?dāng)_、信號(hào)衰減畸變的問題。這是模擬調(diào)制方式所帶來的必然問題。因此如采用模擬方式，對(duì)節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)的傳輸容量、傳輸距離都有很大的限制。

　　數(shù)字傳輸方式

　　全數(shù)字的節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)采用數(shù)字方式調(diào)制視頻信號(hào)，并對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行編碼壓縮傳輸。具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

　　1、節(jié)省光纖資源。

　　2、視頻容量大。

　　3、節(jié)點(diǎn)數(shù)量基本不受限制，圖像質(zhì)量全程一致。

　　4、如組成雙纖環(huán)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)自愈保護(hù)功能。

　　5、可實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的綜合接入。

　　6、整個(gè)視頻傳輸系統(tǒng)可通過網(wǎng)管統(tǒng)一管理和維護(hù)，具備故障自我診斷功能。

　　視頻編解碼器

　　視頻編解碼器是通過現(xiàn)有通信系統(tǒng)接口及通道傳輸視頻信號(hào)的設(shè)備，其傳輸?shù)膱D像質(zhì)量主要取決于通信系統(tǒng)提供的接口和帶寬。

　　根據(jù)接口形式的不同，視頻編解碼器大致可以分為2種：一種是固定帶寬接口；另一種是IP接口。

　　1、固定帶寬接口

　　通過SDH等通信系統(tǒng)提供的E1通道傳輸視頻?？煞譃閱蜤1編解碼器和多E1復(fù)用編解碼器等。

　　單E1編解碼器采用單個(gè)E1通道傳輸1路視頻信號(hào)，因傳輸帶寬較低，所以視覺效果較差。

　　多E1編解碼器采用多個(gè)E1接口捆綁傳輸1路視頻信號(hào)，視頻質(zhì)量相對(duì)較高。多E1編解碼器工作原理如下：

　　多E1傳輸方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）充分利用已有SDH通信網(wǎng)的資源；靈活分配帶寬，用戶可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源和對(duì)圖像的要求任意分配N個(gè)E1。

　?。?）一般情況下每路圖像使用2個(gè)E1即可，多使用4個(gè)E1也就夠了。

　?。?）使用簡(jiǎn)單，為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式。

　　 缺點(diǎn)：

　?。?）對(duì)SDH的傳輸帶寬要求較高，以每路圖像帶寬4M計(jì)算，1個(gè)STM-1的SDH系統(tǒng)多傳送31路圖像；1個(gè)STM-4的系統(tǒng)多傳送126路圖像。

　?。?）設(shè)備較貴。

　　2、IP接口

　　通過以太網(wǎng)接口傳輸視頻信號(hào)，俗稱網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器。通常是使用SDH等通信系統(tǒng)接口外加網(wǎng)橋設(shè)備提供的以太網(wǎng)接口。編碼方式通常采用MPEG-2、MPEG-4等幾種。

　　IP方式傳輸視頻具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）便于多級(jí)聯(lián)網(wǎng)。

　?。?）編碼器和解碼器可以不對(duì)稱，即解碼器的數(shù)量可以少于編碼器，通過后臺(tái)軟件控制解碼器解壓任意一個(gè)編碼器的圖像，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。

　?。?）可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控到桌面，通過軟件可在計(jì)算機(jī)上解壓觀看圖像。

　　 缺點(diǎn)：

　　1、在SDH層雖然其對(duì)外的接口為10/100Base-t接口，但一般情況下其內(nèi)部為每個(gè)端口實(shí)際提供的帶寬在10M左右，在視頻碼流為4M的情況下，多只能傳輸2路實(shí)時(shí)視頻信號(hào)。并且當(dāng)在一個(gè)端口上既傳送實(shí)時(shí)視頻流又傳送其他數(shù)據(jù)（如收費(fèi)數(shù)時(shí)，由于視頻信號(hào)占帶寬較大，會(huì)影響其他數(shù)據(jù)的正常傳送，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。

　　2、當(dāng)編碼器與解碼器不對(duì)稱，解碼器切換解壓不同編碼器的圖像時(shí)，會(huì)產(chǎn)生馬賽克，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致解碼器死機(jī)。這是因?yàn)槟壳安捎脡嚎s算法為了提高壓縮比，降低帶寬，采用幀間預(yù)測(cè)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。當(dāng)碼流切換時(shí)會(huì)造成其碼流的不完整，使解壓縮芯片無法正確的解壓縮。

　　3、為了保證視頻的實(shí)時(shí)性采用UDP協(xié)議傳送視頻流，UDP協(xié)議的特征是發(fā)后不管，數(shù)據(jù)的可靠性完全在于網(wǎng)絡(luò)。而目前以太網(wǎng)協(xié)議中對(duì)數(shù)據(jù)并沒有QOS保證。因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)，有可能造成UDP包丟失，造成解壓時(shí)出現(xiàn)馬賽克。

　　4、以太網(wǎng)的特征是突發(fā)，而實(shí)時(shí)視頻信號(hào)的特征是連續(xù)，這兩者是有矛盾的，因此當(dāng)一個(gè)以太網(wǎng)中數(shù)字視頻流過多時(shí)，會(huì)造成以太網(wǎng)交換機(jī)的負(fù)載急劇增加，網(wǎng)絡(luò)速度變得很慢，影響其他數(shù)據(jù)的正常交換，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

　　高速公路視頻信號(hào)傳輸方案的探討

　　收費(fèi)站至路段分中心的視頻傳輸

　　收費(fèi)站至路段分中心的視頻傳輸可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)、全數(shù)字節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)、編解碼器等方式實(shí)現(xiàn)。

　　通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)傳輸

　　收費(fèi)站的圖像上傳如果采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)傳輸，則每收費(fèi)站到路段中心均需使用至少1對(duì)光端機(jī)并占用1芯光纖。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)占用的光纖資源較多。如果收費(fèi)站距離中心過遠(yuǎn)，還需要通過光端機(jī)的級(jí)連將圖像上傳至中心。光端機(jī)級(jí)連會(huì)造成信號(hào)的衰減及信噪比降低。同時(shí)大量光端機(jī)的使用，設(shè)備無法統(tǒng)一管理，系統(tǒng)可維護(hù)性差。其優(yōu)點(diǎn)是圖像質(zhì)量高，實(shí)時(shí)性好。

　　通過通信系統(tǒng)傳輸圖像

　　通過SDH系統(tǒng)提供的2M口或多個(gè)2M捆綁傳輸圖像。每個(gè)收費(fèi)站到路段中心采用1對(duì)或幾對(duì)多E1編解碼器，上傳部分圖像。采用這種方法的缺點(diǎn)是占用SDH系統(tǒng)資源較多，每個(gè)收費(fèi)站上傳的圖像數(shù)量受系統(tǒng)帶寬資源的限制，不能太多。

　　通過節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)傳輸圖像

　　通過節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)傳輸圖像，整個(gè)系統(tǒng)只需要2芯光纖將各收費(fèi)站節(jié)點(diǎn)組成環(huán)網(wǎng)或鏈網(wǎng)，節(jié)省光纖資源。同時(shí)在各收費(fèi)站上傳的圖像、音頻、數(shù)據(jù)及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)量可以根據(jù)用戶的需要靈活配置。路段中心將各收費(fèi)站上傳的信號(hào)經(jīng)局端設(shè)備全部輸出，統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)控管理，并可在局端通過網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)整個(gè)傳輸進(jìn)行實(shí)時(shí)維護(hù)。

　　分中心至片區(qū)中心或省中心的視頻傳輸

　　從各路段中心至片區(qū)中心或省中心通常要求上傳的視頻數(shù)量比較少，一般每個(gè)下級(jí)中心只需上傳幾路。采用的傳輸方式通常包括以下幾種：

　　1、通過E1接口傳輸：各中心之間通過SDH通信系統(tǒng)，采用多E1編解碼器傳輸視頻。因?yàn)楦髦行闹g的SDH系統(tǒng)資源較為豐富，需要上傳的圖像數(shù)量又不是很多，采用多E1編解碼器能夠滿足用戶的需求。

　　2、通過IP接口傳輸：各中心之間通過以太網(wǎng)接口，采用網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼器傳輸視頻。這種方式其實(shí)同樣通過SDH通信系統(tǒng)，只不過通過外加網(wǎng)橋?qū)⒔涌谵D(zhuǎn)換成以太網(wǎng)接口。

　　3、通過全數(shù)字節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)傳輸：各中心之間通過光纖連接，采用全數(shù)字節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)傳輸視頻。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于通過數(shù)字音視頻傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建，不僅可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)視頻信息的共享，還可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、異步數(shù)據(jù)及電話話務(wù)的交換。同時(shí)利用數(shù)字音視頻傳輸系統(tǒng)的音視頻雙向傳輸功能，還可以方便的實(shí)現(xiàn)各中心之間的會(huì)議電視。